KR101586460B1 - 스콧트 변압기용 양방향 계량 장치 및 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법 - Google Patents

스콧트 변압기용 양방향 계량 장치 및 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법에 있어서, 상기 스콧트 변압기 1차측 3상 전압, 전류를 2상 전압, 전류로 변환하는 단계, 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌와 T좌에서 각각 전압과 전류를 측정하는 단계; 및 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌와 T좌의 전압과 전류가 발전부하(회생부하)인지 수전부하인지 구분하여 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 T좌의 전압과 전류가 수전부하인 경우에만 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 부하와 T좌 부하를 합산하여 수전부하를 계량하는 단계를 포함하여 이루어진 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법에 관한 것으로, 본 발명은 3상에서 2상을 변환하는 스콧트 변압기 사용시, 실제 2차측 전압과 전류가 1차측에서 계량시 전압과 전류의 위상차에 의해 발생되는 유효전력과 무효전력에 대한 계량오차를 해결하였다

Description

스콧트 변압기용 양방향 계량 장치 및 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법{Apparatus for measuring electric energy both-way used in scott transformer and method thereof}
본 발명은 154kv 고속전철용 스콧트 변압기의 3상 전력량 측정오차를 보정하기 위한 방법에 관한 것이다.
3상3선 계량방식은 2PT, 2CT 2소자 계량방식이고, 3상4선 계량방식은 3PT, 3CT를 사용하여 3소자 계량방식으로 스콧트 변압기 3상 부하를 측정하였다.
스콧트 변압기는 3상 전력을 2상 전력으로 변환하는 변압기이다. 일반적으로 고속전철은 상행선과 하행선에 각각 단상부하 2개(2상) 연결되어 있다. 따라서 실제 사용하는 것은 단상 또는 2상을 사용하고 있지만 스콧트 변압기 1차측에는 3상 전력으로 변환되기 때문에 스콧트 변압기 2차측과 1차측 위상이 다르게 발생되어 계량오차가 발생되는 문제점이 있다.
일반적으로 전력공급자(한전)과 전력사용자(고객)간 전력을 계량할 때는 수전변압기 1차측에서 전력을 측정한다. 그 이유는 수전변압기손실과 수전변압기 2차 부하를 측정하기 위해서이다.
종래의 3상 전력 계량방법은 상별로 전압과 전류를 측정해서 상별 전력을 합산하여 3상 전력으로 계산하는 방식이다.
따라서 상별 전압의 크기와 전류의 크기, 전압기준 전류의 위상각에 따라 유효전력과 무효전력을 계산한다. 변압기 1차측 계량값은 수전변압기 손실값과 2차측 계량값을 합산하여 계량하게 된다.
3상변압기는 1차 3상 전압을 2차 3상 전압으로 변환하기 때문에 변압기 1차측 벡터(15)와 2차측 벡터(16)는 전압과 전류의 위상이 동일하기 때문에 계량오차가 발생되지 않는다.
하지만 도 1과 같이 스콧트 변압기를 사용할 때, 1차측 계량값(10)과 2차측 계량값(22,24)값이 다르다. 그 이유는 스콧트 변압기는 1차측 3상 전압을 2차측 2상 전압으로 변환하기 때문이다.
도 1에서 스콧트 변압기 1차측 벡터(24)와 2차측 벡터(25)를 보면 1차 3상 벡터에서 2상 벡터로 전압, 전류 벡터가 다르다.
특히, 스콧트 변압기는 2차측 M좌 T좌 부하가 동일할 때 1차측에는 3상 전력이 평형이 되지만, M좌 또는 T좌에 단상부하가 발생되면 1차측에는 3상 불평형이 발생되어 계량오차가 발생되는 문제점이 있다.
종래의 3상4선 3소자 계량방식에서 변성기(PT) 3개, 변류기(CT) 3개를 상별로 설치되어 있다. 변성기(PT)는 고전압을 저전압(AC 110V)으로 일정비율로 전압을 낮추는 장치이고, 변류기는 대전류를 저전류(AC 5A) 일정비율로 전류를 낮추는 장치이다.
일반적으로 고속전철 특고압 선로는 1차 전압이 154kV 이고, 계량장치(31)은 스콧트 변압기(21) 1차측에 설치하고 있다(도 2 참조, 도 2는 종래의 3상4선 3소자 계량장치)
도 3은 3상3선(2소자) 계량장치(32)로 스콧트 변압기 1차측에 구성되어 있고, 2소자 계량방식의 특징은 A상과 C상에 CT가 설치되어 있고, B상에는 CT가 없다. 또한 위치적으로 스콧트 변압기 1차에 3상3선(2소자) 계량장치가 연결된 구조로 되어 있다.
고속철도에서 수전변압기는 스콧트 변압기를 사용하는데, 그 이유는 철도가 상행선과 하행선으로 구분하기 때문에 2상 전력을 사용한다. 특히 스콧트 변압기는 2차 M좌, T좌 부하가 동시에 발생되지 않고, M좌만 부하가 발생하는 경우 또는 T좌만 발생하는 경우, 스콧트 변압기는 3상에서 1상으로 변환하게 되고 이때 1차측은 불평형 전류가 발생하게 된다.
도 4와 같이 스콧트 변압기 2차 T좌에만 부하가 발생될 경우, 스콧트 변압기 2차 벡터도(42)는 전압(Vt), 전류(It)의 위상차가 90도 미만으로 수전부하로 작용한다. 하지만 1차 벡터도(41)는 상별 전압과 전류의 위상각이 다르고, 상별 전력합산 방식에 따라 3상 유효전력과 무효전력 다르게 발생하게 된다.
또한 M좌에만 부하가 발생될 경우 스콧트 변압기 2차 벡터도(44)이고, 이때 1차 벡터도(43)이다. M좌는 A상과 C상에만 부하가 연결되기 때문에 B상의 전류는 발생되지 않고, A상과 C상의 전류만 발생하게 된다.
스콧트 변압기는 3상 전력을 2상 전력으로 변환하는 변압기이다. 일반적으로 고속전철은 상행선과 하행선에 각각 단상부하 2개(2상) 연결되어 있다. 따라서 실제 사용하는 것은 단상 또는 2상을 사용하고 있지만 스콧트 변압기 1차측에는 3상 전력으로 변환되기 때문에 스콧트 변압기 2차측과 1차측 위상이 다르게 발생되어 계량오차가 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 고속전철에서는 전동차가 정지할 때 회생전력(발전부하)이 발생하게 되는데, 이때 3상 수전용 전력량계는 회생전력으로 인해서 계량오차가 발생하게 되는데, 발전전력(회생부하)를 제외하고 수전전력만 정확하게 계량하는 스콧트 변압기용 계량 방법 및 스콧트 변압기용 양방향 계량 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법은,
스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법에 있어서, 상기 스콧트 변압기 1차측 3상 전압, 전류를 측정하는 단계, 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌와 T좌에서 각각 전압과 전류를 1차측으로 변환하는 단계 및, 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌와 T좌의 전압과 전류가 발전부하(회생부하)인지 수전부하인지 판단하는 단계, 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 T좌의 전압과 전류가 수전부하인 경우에만 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 부하와 T좌 부하를 합산하여 수전부하를 계량하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 스콧트 변압기 1차측 3상 전압, 전류를 측정하여, 스콧트변압기 2차측을 직접측정하지 않고, 2상 전압, 전류로 변환하는 단계는 1. 3상4선(3소자) 방식인 경우 a) 2상 전압변환 장치를 이용해 3상 전압(P1, P2, P3)을 2상 전압(Vt, Vm)으로 변환하거나, 아래의 식을 Vt = (P2-{(P1+P3)/2})×N/n, Vm = (P1-P3)×N/n 적용하는 방법.
b) 2상 전류변환 장치를 이용해 3상 전류(1S, 2S, 3S)를 2상 전류(It, m)으로 변환하거나, 아래의 식을 It = 2S×N/n, Im = {(1S-3S)/2}×N/n 적용하는 방법을 특징으로 하는 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법.
2. 3상3선(2소자) 방식인 경우 a) 2상 전압변환 장치를 이용해 3상 전압(P1, P2, P3)을 2상 전압(Vt, Vm)으로 변환하거나, Vt = (P2-{(P1+P3)/2})×N/n, Vm = (P1-P3)×N/n 적용하는 방법.
b) 2상 전류변환장치를 이용해 A,C상 전류(1S, 3S)를 2상 전류(It, Im)로 변환하거나, 아래의 식을 It = -(1S+3S)×N/n, Im = {(1S-3S)/2}×N/n 적용하는 방법을 특징으로 하는 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법.
그리고, 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌와 T좌의 전압과 전류가 발전부하(회생부하)인지 수전부하인지 구분하여 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 T좌의 전압과 전류가 수전부하인 경우에만 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 부하와 T좌 부하를 합산하여 수전부하를 계량하는 단계는 상기 스콧트 변압기 T좌(2차) 전압과 전류의 위상각을 측정하여, 전압위상 기준 ±90도 이내이면 수전으로 판단하고, ±90도를 초과하면 발전으로 판단하여 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 T좌의 전압과 전류가 수전부하인 경우에만 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 부하와 T좌 부하를 합산하여 수전부하를 계량하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 3상4선(3소자) 방식의 2상변환장치는 a) 2개의 단상변압기(PT)로 구성이 되고, T좌 PT 1차 +극은 P2선(+)에 연결되고, -극 M좌의 PT 1차 중성점에 연결되고, T좌 PT 2차 +극은 Vt로 연결되고, -극은 접지로 연결된다. 이때 T좌의 PT비는 1차 권수(N)/2차 권수(n)이다.
M좌 PT의 1차 +극은 P1선에 연결되고, -극은 P3선에 연결되고, PT의 2차 +극은 Vm 연결되고, -극은 접지에 연결된다. 이때 M좌의 PT비는 N/n 이다. 따라서 3상 전압(P1, P2, P3)을 2상 전압(Vt, Vm)으로 변환하는 방법이다.
b) 3개의 단상변류기(CT)로 구성이 되고, B상 CT 1차 +극은 2S단자와 연결되고, -극은 2L단자와 연결된다. B상 CT 2차 +극은 It로 연결되고, -극은 접지로 연결된다. A상 CT는 1차 +극은 1S와 연결되고, -극은 1L연결된다. 또한 C상 CT의 +극은 3S와 연결되고, -극은 3L단자에 연결된다. A상, B상, C상 CT의 1차 권수(N)이고, 2차 권수(2n)이다.
또한 A상 CT 2차측 +극과 C상 CT -극이 역방향으로 연결하여 Im단자로 출력되고, A상 CT 2차 -극과 C상 CT 2차 +극을 역방향으로 연결하여 접지선에 연결한다. 따라서 3소자 방식에서 3상 전류(1S, 2S, 3S)를 2상 전압(It, Im)으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 3상3선(2소자) 방식의 2상변환장치는 a) 2개의 단상변압기(PT)로 구성이 되고, T좌 PT는 1차 +극에 P2선을 연결하고, -극과 M좌의 PT 1차 중성점에 연결되고, T좌 PT 2차 +극에 Vt로 출력되고, -극은 접지로 연결된다. 이때 T좌의 PT비는 1차 권수(N)/2차권수(n)이다.
b) 단상변류기(N/2n) 2대와 단상변류기(N/n) 2대로 구성되거나, 단상변류기(N/2n) 2대와 B상 전류를 측정하기 위하여 단상변류기 1차측 -A상, -C상을 합산(벡터 A+B+C상=0) 연결시의 변류기 1대로 구성이 되고, 스콧트 변압기의 1차 영상분이 없는 특징을 사용하여 B상 전류를 간접측정하기 위해서 A상과 C상의 변류기(CT)를 이용해 B상의 전류측정(-A상과 -C상의 벡터합)하고, 1차와 2차 변류비를 곱하여 T좌의 전류(It)를 측정하고, 3소자방식과 동일하게 A상과 C상 전류를 이용하여 M좌의 단상변류기(N/2n) 2대의 2차측에서 전류(Im)을 출력하는 2소자 방식에서 상전류(1S, 3S)를 이용하여 2상 전류(It, Im)로 변환하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 3상4선(3소자)방식 또는 3상3선(2소자) 장치에서 2상변환장치는 스콧트 변압기의 전력량을 측정하기 위해서 기존 PT 및 CT(3상4선(3소자) : 변성기(PT) 3개, 변류기(CT) 3개를 상별로 설치, 계량장치는 스콧트 변압기 1차측에 설치된 구조, 3상3선(2소자) : A상과 C상에 CT가 설치, B상에는 CT가 없으며, 위치적으로 스콧트 변압기 1차에 3상3선(2소자) 계량장치가 연결된 구조를 활용하고, 2상변환장치를 추가하여 기존 계량기를 활용하여 계량하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명에 따른 스콧트 변압기용 양방향 계량장치는,
스콧트 변압기용 계량 장치에 있어서, 상기 스콧트 변압기 1차측 3상 전압, 전류를 감지하는 3상 전압, 전류 감지부, T좌 2차 전압기준, 전류기준을 1차측에서 환산하여 측정하는 T좌 1차 전압, 전류 변환부, M좌 2차 전압기준, 전류기준을 1차측에서 환산하여 측정하는 M좌 1차 전압, 전류 변환부, 스콧트 변압기 T좌(2차) 전압과 전류의 위상각을 측정하여, 전압위상 기준 ±90도 이내이면 수전으로 판단하고 ±90도를 초과하면 발전으로 판단하는 T좌 계량방향 판단부, 스콧트 변압기 M좌(2차) 전압과 전류의 위상각을 측정하여, 전압위상 기준 ±90도 이내이면 수전으로 판단하고 ±90도를 초과하면 발전으로 판단하는 M좌 계량방향 판단부, 스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 변압기 손실을 포함하여T좌, M좌 수전 유효전력과 무효전력을 계량하는 수전계량부 및, 수전방향 2상(M, T좌) 계량을 하는 수전방향 2상(M, T좌) 합산계량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 수전계량부는 스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 변압기 손실을 포함하여T좌 수전 유효전력과 무효전력을 계량하는 T좌 수전계량부 및, 스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 변압기 손실을 포함하여M좌 수전 유효전력과 무효전력을 계량하는 M좌 수전계량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 T좌, M좌 발전 유효전력과 무효전력을 계량하는 발전계량부 및, 발전방향 2상(M, T좌) 계량을 하는 발전방향 2상(M, T좌) 합산계량부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 발전계량부는 스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 T좌 발전 유효전력과 무효전력을 계량하는 T좌 발전계량부 및, 스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 M좌 발전 유효전력과 무효전력을 계량하는 M좌 발전계량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 3상에서 2상을 변환하는 스콧트 변압기 사용시, 실제 2차측 전압과 전류가 1차측에서 계량시 전압과 전류의 위상차에 의해 발생되는 유효전력과 무효전력에 대한 계량오차을 해결하였다.
특히, 고속전철에서 기관차가 정지할 때 회생제동으로 인해 모타가 발전을 하게 되고, 종래의 3상 계량기에서 2상 전력으로 측정하지 않고 3상전력으로 측정하기 때문에 전압과 전류의 위상차를 정확하게 판단 할 수 없는 문제로 수전계량과 발전계량을 정확하게 계량하지 못하는 문제점을 해결하였다.
특히, 3상3선 2소자 방식에서 M좌 변압기와 T좌 변압기를 연결시 변류기(CT) 위치에 따라 계량오차 발생문제를 해결하였다.
본 발명은 국내최초의 기술로 스콧트 전용 3상 양방향 계량방법을 개발하였으며, 기술 상용화에도 기술적으로 문제가 없으며, 해외수출 등 효과가 클 것으로 생각된다.
도 1은 종래의 스콧트 변압기 계량방법을 도시한 도면
도 2는 종래의 3상4선(3소자) 계량장치를 도시한 도면
도 3은 3상3선(2소자) 계량장치를 도시한 도면
도 4는 스콧트 변압기 1-2차 수전부하 벡터도를 도시한 도면
도 5는 본 발명에 따른 스콧트 변압기용 계량 장치의 구성을 도시한 도면
도 6은 본 발명에 의한 3상4선 계량방식에서 2상 전력 변환방법을 도시한 도면
도 7은 본 발명에 의한 3상3선 계량방식에서 2상 전력 변환방법을 도시한 도면
도 8은 본 발명에 의한 양방향 계량방법을 설명하기 위한 흐름도
도 5는 본 발명에 따른 스콧트 변압기용 계량 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5에 도시되 바와 같이, 본 발명에 따른 스콧트 변압기용 계량 장치는 상기 스콧트 변압기 1차측 3상 전압, 전류를 감지하는 3상 전압, 전류 감지부(501), T좌 2차 전압기준, 전류기준을 1차측에서 환산하여 측정하는 T좌 1차 전압, 전류 변환부(502), M좌 2차 전압기준, 전류기준을 1차측에서 환산하여 측정하는 M좌 1차 전압, 전류 변환부(503), 스콧트 변압기 T좌(2차) 전압과 전류의 위상각을 측정하여, 전압위상 기준 ±90도 이내이면 수전으로 판단하고 ±90도를 초과하면 발전으로 판단하는 T좌 계량방향 판단부(504), 스콧트 변압기 M좌(2차) 전압과 전류의 위상각을 측정하여, 전압위상 기준 ±90도 이내이면 수전으로 판단하고 ±90도를 초과하면 발전으로 판단하는 M좌 계량방향 판단부(505), 스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 변압기 손실을 포함하여 T좌, M좌 수전 유효전력과 무효전력을 계량하는 T좌 M좌 수전계량부(506, 507) 및, 수전방향 2상(M, T좌) 계량을 하는 수전방향 2상(M, T좌) 합산계량부(508)를 포함하여 이루어진 것이다.
그리고, 스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 T좌, M좌 발전 유효전력과 무효전력을 계량하는 T좌 M좌 발전계량부(509, 510) 및, 발전방향 2상(M, T좌) 계량을 하는 발전방향 2상(M, T좌) 합산계량부(511)를 더 포함하여 이루어진 것이다.
특히, 3상4선(3소자) 방식인 경우 a) 아래의 식이 적용된 2상변환장치를 이용해 3상 전압(P1, P2, P3)을 2상 전압(Vt, Vm)으로 변환하거나, Vt = (P2-{(P1+P3)/2})×N/n, Vm = (P1-P3)×N/n b) 3상 전류(1S, 2S, 3S)를 2상 전류(It, Im)으로 변환한다. It = 2S×N/n, Im = {(1S-3S)/2}×N/n
그리고, 3상3선(2소자) 방식인 경우 a) 아래의 식이 적용된 2상변환장치를 이용해 3상 전압(P1, P2, P3)을 2상 전압(Vt, Vm)으로 변환하거나, Vt = (P2-{(P1+P3)/2})×N/n, Vm = (P1-P3)×N/n, b)상전류(1S, 3S)를 2상전류(It, Im)로 변환한다. It = -(1S+3S)×N/n, Im = {(1S-3S)/2}×N/n
예를 들어, 상기 3상4선(3소자) 방식의 2상변환장치는 a) 2개의 단상변압기(PT)로 구성이 되고, T좌 PT 1차 +극은 P2선(+)에 연결되고, -극 M좌의 PT 1차 중성점에 연결되고, T좌 PT 2차 +극은 Vt로 연결되고, -극은 접지로 연결된다. 이때 T좌의 PT비는 1차 권수(N)/2차 권수(n)이다.
M좌 PT의 1차 +극은 P1선에 연결되고, -극은 P3선에 연결되고, PT의 2차 +극은 Vm 연결되고, -극은 접지에 연결된다. 이때 M좌의 PT비는 N/n 이다. 따라서 3상 전압(P1, P2, P3)을 2상 전압(Vt, Vm)으로 변환하는 방법이다.
b) 3개의 단상변류기(CT)로 구성이 되고, B상 CT 1차 +극은 2S단자와 연결되고, -극은 2L단자와 연결된다. B상 CT 2차 +극은 It로 연결되고, -극은 접지로 연결된다. A상 CT는 1차 +극은 1S와 연결되고, -극은 1L연결된다. 또한 C상 CT의 +극은 3S와 연결되고, -극은 3L단자에 연결된다. A상, B상, C상 CT의 1차 권수(N)이고, 2차 권수(2n)이다.
또한 A상 CT 2차측 +극과 C상 CT -극이 역방향으로 연결하여 Im단자로 출력되고, A상 CT 2차 -극과 C상 CT 2차 +극을 역방향으로 연결하여 접지선에 연결한다. 따라서 3소자 방식에서 3상 전류(1S, 2S, 3S)를 2상 전압(It, Im)으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 3상3선(2소자) 방식의 2상변환장치는 a) 2개의 단상변압기(PT)로 구성이 되고, T좌 PT는 1차 +극에 P2선을 연결하고, -극과 M좌의 PT 1차 중성점에 연결되고, T좌 PT 2차 +극에 Vt로 출력되고, -극은 접지로 연결된다. 이때 T좌의 PT비는 1차 권수(N)/2차권수(n)이다.
b) 단상변류기(N/2n) 2대와 단상변류기(N/n) 2대로 구성되거나, 단상변류기(N/2n) 2대와 B상 전류를 측정하기 위하여 단상변류기 1차측 -A상, -C상을 합산(벡터 A+B+C상=0) 연결시의 변류기 1대로 구성이 되고, 스콧트 변압기의 1차 영상분이 없는 특징을 사용하여 B상 전류를 간접측정하기 위해서 A상과 C상의 변류기(CT)를 이용해 B상의 전류측정(-A상과 -C상의 벡터합)하고, 1차와 2차 변류비를 곱하여 T좌의 전류(It)를 측정하고, M좌의 단상변류기(N/2n) 2대의 2차측에서 전류(Im)을 출력하는 2소자 방식에서 상전류(1S, 3S)를 이용하여 2상 전류(It, Im)로 변환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핵심은 종래의 3소자 계량장치 또는 2소자 계량장치를 이용하여, 스콧트 변압기 2차 회생부하 발생시 변압기 2차측 발전부하를 측정하지 않게 하기위해서, 종래의 3소자 또는 2소자 방식에서 측정된 상별 전압과 전류를 이용해 3상 전력을 2상 전력으로 변환하여, 수전방향과 발전방향을 구분하여 양방향 계량방법이다.
본 발명의 원리는 스콧트 변압기 2차측 M좌와 T좌에서 각각 전압과 전류를 측정해서, 수전부하일 때는 계량하고, 발전부하(회생부하)일때는 계량하지 않는 것이다. 하지만 2차측에 계량장치를 설치하기 위해서는 GIS수전설비를 추가로 설치해야 하고, 스콧트 변압기 2차측에서 계량을 하면 스콧트 변압기 손실을 측정할 수 없는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 도 6과 같이 3소자 계량방식에서 2상 전력 변환장치를 이용해 M좌 부하와 T좌 부하를 각각 계량하여 합산하는 새로운 스콧트 변압기 3상 양방향 전력 계량방법을 고안하였다.
상기 3소자 방식에서 2상 전압 변환하는 방법은 3상 전압(P1, P2, P3)을 2상 전압(Vt, Vm)으로 변환하고, 기존 3상 전류(1S, 2S, 3S)를 2상 전류(It, Im)으로 변환하여 M좌와 T좌를 각각 2소자 계량방식으로 3상 전력을 계량하는 방식이다.
2상전압 변환장치(52)는 2개의 단상변압기(PT)로 구성이 되어 있고, T좌 1차 +극은 P2선에 연결되고, -극은 M좌 1차 중성점에 연결된다. 2차 +극은 Vt에 연결되고, 2차 -극은 접지에 연결된다. T좌 PT비는 1차 권수(N)과 2차 권수(n)이다. M좌 1차 +극은 P1선에 연결되고, -극은 P3선에 연결된다. M좌 2차 +극은 Vm단자에 연결되고, -극은 접지선에 연결된다. M좌 PT의 1차 권수(N배=0.5N+0.5N)는 직렬로 연결된 중성점 단자가 있는 구조이고, 2차 권수(n)이다. 3상 전압(P1, P2, P3)을 2상 전압(Vt, Vm)으로 변환하는 이론적 수학식은 다음과 같이 계산할 수 있다.
[수학식1]
Vt = (P2-{(P1+P3)/2})×PT배율/T좌변압기 권수비
* PT배율= 1차전압/2차전압
* T좌변압기 권수비= 1차권수비/2차권수비
[수학식2]
Vm = (P1-P3)×PT배율/M좌변압기 권수비
* PT배율= 1차전압/2차전압
* M좌변압기 권수비= 1차 권수비/2차 권수비
2상전류 변환장치(53)는 3개의 단상변류기(CT)로 구성이 되어 있고, B상 CT 1차 +극은 2S단자와 연결되고, -극은 2L단자와 연결된다. B상 CT 2차 +극은 It로 연결되고, -극은 접지로 연결된다. A상 CT는 1차 +극은 1S와 연결되고, -극은 1L연결된다. 또한 C상 CT의 +극은 3S와 연결되고, -극은 3L단자에 연결된다. A상, B상, C상 CT의 1차 권수(N)이고, 2차 권수(2n)이다.
또한 A상 CT 2차측 +극과 C상 CT -극이 역방향으로 연결하여 Im단자로 출력되고, A상 CT 2차 -극과 C상 CT 2차 +극을 역방향으로 연결하여 접지선(N)에 연결한다. 3상 전류(1S, 2S, 3S)을 2상 전압(It, Im)으로 변환하는 이론적 수학식은 다음과 같이 계산할 수 있다.
[수학식3]
It = 2S×CT배율×T좌변압기 권수비
* CT배율= 1차 전류/ 2차 전류
* T좌 변압기 권수비= 1차권수비/2차권수비
[수학식4]
Im = {(1S-3S)/2}×CT배율×M좌변압기 권수비
* CT배율= 1차 전류/ 2차 전류
* M좌 변압기 권수비= 1차권수비/2차권수비
3상4선(3소자)방식에서 2상 전압(Vt, Vm)과 전류(It, Im) 변환방법 중에 3상3선(2소자)방식과의 차이점은 2상 전류(It, Im) 변환방법에 차이가 있다. 특히 3상3선 소자는 A상과 C상에 전류검출이 가능하고, B상에 CT가 없기 때문에 전류를 측정할 수 없는 구조로 되어있다.
도 7은 본 발명에 의한 3상 3선 계량방식에서 2상 전력 변환방법이다. 3상3선(2소자)방식은 A,C상 또는 B,C상에 2상에만 CT가 설치되어 있기 때문에 CT가 없는 상의 전류를 간접적으로 측정해야 한다.
특히, 본 발명에서 3상3선 계량방식에서 2상 전력 변환장치(54)의 변성기(55)와 변류기(56)으로 구성되어 있다. 변성기(55)의 구조는 3소자 방식과 동일하며, 2소자 방식에서 변류기(56)은 단상변류기(N/2n) 2대, 단상변류기(N/n) 2대가 특징이다.
특히 제조방법상 상기 단상변류기(N/n) 2대는 B상전류를 간접측정하기 방법으로 단상변류기 1차측 -A상, -C상을 합산 연결시 변류기(N/n) 1대로 제작이 가능한 구조이다.
따라서, 본 발명은 스콧트 변압기의 1차 영상분이 없는 특징을 사용하여 B상 전류를 간접측정하기 위한 위해서 A상과 C상의 변류기(CT)를 이용해 B상의 전류측정(-A상과 -C상의 벡터합)하고, 1차와 2차 변류비를 곱하여 T좌의 전류(It)를 측정하였다. 또한 M좌의 전류(Im)는 3소자 방식과 동일하다. 따라서 2소자 방식에서 상전류(2S, 3S)을 이용하여 2상 전류(It, Im)로 변환하는 이론적 수학식은 다음과 같이 계산할 수 있다.
[수학식5]
It = -(1S+3S)×CT배율×T좌변압기 권수비
* CT배율= 1차 전류/ 2차 전류
* T좌 변압기 권수비= 1차권수비/2차권수비
[수학식6]
Im = {(1S-3S)/2}×CT배율×M좌변압기 권수비
* CT배율= 1차 전류/ 2차 전류
* M좌 변압기 권수비= 1차권수비/2차권수비
도 8은 본 발명에 의한 스콧트 변압기용 양방향 계량방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 본 발명의 핵심구성은 3상 전압, 전류 감지부(S60), T좌 1차 전압, 전류 변환부(S62), M좌 1차 전압, 전류 변환부(S63), T좌 계량방향 판단부(S64), M좌 계량방향 판단부(S65), T좌 수전계량부(S66), T좌 발전계량부(S67), M좌 수전계량부(S68), M좌 발전계량부(S69), 수전방향 M,T좌 합산계량부(S70), 발전방향 MT좌 합산계량부(S71)로 구성되어 있다.
3상 전압, 전류감지부(S60)는 3상4선(3소자)방식과 3상3선(2소자)방식으로 구성되어, 3상 전압, 전류를 감지한다.
T좌 1차 전압, 전류 변환부(S62)는 T좌 2차 전압기준(Vt), 전류기준(It)를 1차측에서 환산하여 측정한다.
M좌 1차 전압, 전류 변환부(S63)는 M좌 2차 전압기준(Vm), 전류기준(Im)을 1차측에서 환산하여 측정한다.
T좌 계량판단부(S64)과 M좌 계량판단부(S65)은 스콧트 변압기 T좌(2차) 전압과 전류의 위상각을 측정하여, 전압위상 기준 ±90도 이내이면 수전으로 판단하고, ±90도를 초과하면 발전으로 판단한다.
T좌 M좌 수전계량부(S66,S68)은 스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 변압기 손실을 포함하여 유효전력과 무효전력을 계량하여, 수전방향 2상(M,T좌) 합산 계량부(S70)에서 스콧트 변압기 1차측에서 3상 계량을 한다.
T좌 M좌 발전계량부(S67,S69)는 스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 발전 유효전력과 무효전력을 계량하여, 발전방향 2상(M,T좌) 합산 계량부(S71)에서 스콧트 변압기 1차측에서 3상 발전방향 계량을 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
501 : 3상 전압, 전류 감지부 502 : T좌 1차 전압, 전류 변환부
503 : M좌 1차 전압, 전류 변환부 504 : T좌 계량방향 판단부
505 : M좌 계량방향 판단부 506 : T좌 수전계량부
507 : M좌 수전계량부 508 : 수전방향 2상(M, T좌) 합산 계량부
509 : T좌 발전계량부 510 : M좌 발전계량부
511 : 발전방향 2상(M, T좌) 합산 계량부

Claims (9)

  1. 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법에 있어서,
    상기 스콧트 변압기 1차측 3상 전압, 전류를 측정하는 단계;
    상기 스콧트 변압기 2차측 M좌와 T좌에서 각각 전압과 전류를 1차측으로 환산하는 단계; 및
    상기 1차측으로 환산된 스콧트 변압기 2차측 M좌와 T좌의 전압과 전류가 발전부하(회생부하)인지 수전부하인지 구분하여 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 T좌의 전압과 전류가 수전부하인 경우에만 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 부하와 T좌 부하를 합산하여 수전부하를 계량하는 단계를 포함하여 이루어진 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스콧트 변압기 1차측 3상 전압, 전류를 2상 전압, 전류로 변환하는 단계는
    3상4선(3소자) 방식인 경우
    a) 아래의 식이 적용된 2상 변환 장치를 이용해 3상 전압(P1, P2, P3)을 2상 전압(Vt, Vm)으로 변환하거나,
    Vt = (P2-{(P1+P3)/2})×PT배율/T좌변압기 권수비
    Vm = (P1-P3)×PT배율/M좌변압기 권수비

    b) 3상 전류(1S, 2S, 3S)를 2상 전류(It, Im)으로 변환하는 것을 특징으로 하는 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법.
    It = 2S×CT배율×T좌변압기 권수비
    Im = {(1S-3S)/2}×CT배율×M좌변압기 권수비
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스콧트 변압기 1차측 3상 전압, 전류를 2상 전압, 전류로 변환하는 단계는
    3상3선(2소자) 방식인 경우
    a) 아래의 식이 적용된 2상변환 장치를 이용해 3상 전압(P1, P2, P3)을 2상 전압(Vt, Vm)으로 변환하거나,
    Vt = (P2-{(P1+P3)/2})×PT배율/T좌변압기 권수비
    Vm = (P1-P3)×PT배율/M좌변압기 권수비

    b)상전류(1S, 3S)를 2상 전류(It, Im)로 변환하는 것을 특징으로 하는 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법.
    It = -(1S+3S)×CT배율×T좌변압기 권수비
    Im = {(1S-3S)/2}×CT배율×M좌변압기 권수비
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스콧트 변압기 2차측 M좌와 T좌의 전압과 전류가 발전부하(회생부하)인지 수전부하인지 구분하여 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 T좌의 전압과 전류가 수전부하인 경우에만 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 부하와 T좌 부하를 합산하여 수전부하를 계량하는 단계는
    상기 스콧트 변압기 T좌(2차) 전압과 전류의 위상각을 측정하여, 전압위상 기준 ±90도 이내이면 수전으로 판단하고, ±90도를 초과하면 발전으로 판단하여 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 T좌의 전압과 전류가 수전부하인 경우에만 상기 스콧트 변압기 2차측 M좌 부하와 T좌 부하를 합산하여 수전부하를 계량하는 것을 특징으로 하는 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 3상4선(3소자) 방식의 2상변환장치는
    a) 2개의 단상변압기(PT)로 구성이 되고, T좌 PT 1차 +극은 P2선(+)에 연결되고, -극 M좌의 PT 1차 중성점에 연결되고, T좌 PT 2차 +극은 Vt로 연결되고, -극은 접지로 연결되고, T좌의 PT비는 1차 권수(N)/2차 권수(n)이고, M좌 PT의 1차 +극은 P1선에 연결되고, -극은 P3선에 연결되고, PT의 2차 +극은 Vm 연결되고, -극은 접지에 연결되고, M좌의 PT비는 N/n 로, 3상 전압(P1, P2, P3)을 2상 전압(Vt, Vm)으로 변환하고,
    b) 3개의 단상변류기(CT)로 구성이 되고, B상 CT 1차 +극은 2S단자와 연결되고, -극은 2L단자와 연결되고, B상 CT 2차 +극은 It로 연결되고, -극은 접지로 연결되고, A상 CT는 1차 +극은 1S와 연결되고, -극은 1L과 연결되고 또한, C상 CT의 +극은 3S와 연결되고, -극은 3L단자에 연결되고, A상, B상, C상 CT의 1차 권수(N)이고, 2차 권수(2n)이며, A상 CT 2차측 +극과 C상 CT -극이 역방향으로 연결하여 Im단자로 출력되고, A상 CT 2차 -극과 C상 CT 2차 +극을 역방향으로 연결하여 접지선에 연결하여, 3소자 방식에서 3상 전류(1S, 2S, 3S)를 2상 전압(It, Im)으로 변환하는 것을 특징으로 하는 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 3상3선(2소자) 방식의 2상 변환 장치는
    a) 2개의 단상변압기(PT)로 구성이 되고, T좌 PT는 1차 +극에 P2선을 연결하고, -극과 M좌의 PT 1차 중성점에 연결되고, T좌 PT 2차 +극에 Vt로 출력되고, -극은 접지로 연결되고, T좌의 PT비는 1차 권수(N)/2차권수(n)이며,
    b) 단상변류기(N/2n) 2대와 단상변류기(N/n) 2대로 구성되거나, 단상변류기(N/2n) 2대와 B상 전류를 측정하기 위하여 단상변류기 1차측 -A상, -C상을 합산(벡터 A+B+C상=0) 연결시의 변류기 1대로 구성이 되고, 스콧트 변압기의 1차 영상분이 없는 특징을 사용하여 B상 전류를 간접측정하기 위해서 A상과 C상의 변류기(CT)를 이용해 B상의 전류측정(-A상과 -C상의 벡터합)하고, 1차와 2차 변류비를 곱하여 T좌의 전류(It)를 측정하고, M좌의 단상변류기(N/2n) 2대의 2차측에서 전류(Im)을 출력하는 2소자 방식에서 상전류(1S, 3S)를 이용하여 2상 전류(It, Im)로 변환하는 것을 특징으로 하는 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법.
  7. 제 2 항에 있어서 상기 3상4선(3소자)방식 또는 제 3 항에 있어서 3상3선(2소자)방식에 있어서,
    상기 2상변환장치는
    스콧트 변압기의 전력량을 측정하기 위해서 기존 PT 및 CT(3상4선(3소자) : 변성기(PT) 3개, 변류기(CT) 3개를 상별로 설치, 계량장치는 스콧트 변압기 1차측에 설치된 구조, 3상3선(2소자) : A상과 C상에 CT가 설치, B상에는 CT가 없으며, 위치적으로 스콧트 변압기 1차에 3상3선(2소자) 계량장치가 연결된 구조를 활용하고, 2상변환장치를 추가하여 기존 계량기를 활용하여 계량하는 것을 특징으로 하는 스콧트 변압기용 계량 장치의 계량 방법.
  8. 스콧트 변압기용 계량 장치에 있어서,
    상기 스콧트 변압기 1차측 3상 전압, 전류를 감지하는 3상 전압, 전류 감지부;
    T좌 2차 전압기준, 전류기준을 1차측에서 환산하여 측정하는 T좌 1차 전압, 전류 변환부;
    M좌 2차 전압기준, 전류기준을 1차측에서 환산하여 측정하는 M좌 1차 전압, 전류 변환부;
    스콧트 변압기 T좌(2차) 전압과 전류의 위상각을 측정하여, 전압위상 기준 ±90도 이내이면 수전으로 판단하고 ±90도를 초과하면 발전으로 판단하는 T좌 계량방향 판단부;
    스콧트 변압기 M좌(2차) 전압과 전류의 위상각을 측정하여, 전압위상 기준 ±90도 이내이면 수전으로 판단하고 ±90도를 초과하면 발전으로 판단하는 M좌 계량방향 판단부;
    스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 변압기 손실을 포함하여T좌, M좌 수전 유효전력과 무효전력을 계량하는 수전계량부; 및
    수전방향 2상(M, T좌) 계량을 하는 수전방향 2상(M, T좌) 합산계량부를 포함하여 이루어진 스콧트 변압기용 양방향 계량장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 T좌 발전 유효전력과 무효전력을 계량하는 T좌 발전계량부; 및
    스콧트 변압기 2차측 전압과 전류를 1차로 환산하여 T좌 발전 유효전력과 무효전력을 계량하는 M좌 발전계량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스콧트 변압기용 양방향 계량장치.
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